Биомодификация мясного сырья с целью получения функциональных продуктов

В последние годы большое внимание уделяется производству мясных продуктов из нетрадиционного сырья. Для интенсификации существующей технологии целесообразно использовать штаммы молочнокислых и денитрофицирующих бактерий. В связи с этим многими специалистами проведены исследования по определению целенаправленного воздействия на низкосортное мясо смеси культур микроорганизмов заданного качественного и количественного составов. Выявлено, что ускорение протеолитических процессов и созревания фарша сыровяленых и сырокопченых колбас сопровождается повышением биологической ценности готовых изделий.

С развитием биотехнологии стало возможным осуществлять производство новых видов мясных изделий общего, специального и лечебно-профилактического назначения, влияющих на естественную микрофлору кишечника, совершенствовать методы ферментативной обработки мясного сырья с целью улучшения его функционально-технологических свойств.

Нормальная микрофлора, заселяющая кишечник человека, имеет важное значение для регулирования оптимального уровня метаболических процессов, протекающих в организме, а также для создания высокой колонизационной резистентности кишечного тракта к условно-патогенным микроорганизмам. Многообразие функций, выполняемых сапрофитными микроорганизмами, определяют их исключительно важную роль в поддержании нормальной жизнедеятельности человека. Однако в последние годы отмечается тенденция к росту патологических состояний, сопровождающихся нарушением микроэкологического равновесия кишечника, что практически во всех случаях требует фармакологической коррекции. На протяжении ряда лет ведётся поиск оптимальных средств, направленных на профилактику возникновения дисбактериоза, и увеличивающих сопротивляемость организма к неблагоприятным факторам внешней среды. С этой целью пытаются применять ферментированные с помощью бактерий кисломолочные продукты, которые в настоящее время являются важным компонентом питания людей. Однако содержащиеся в этих продуктах микроорганизмы, как правило, являются транзиторными и не колонизируют в кишечнике. Постоянное усовершенствование технологий и рецептур, выпускаемых продуктов, привело к созданию биологически активных добавок к пище на основе эубиотиков, которые в современных условиях занимают ведущее место в профилактике и комплексной терапии целого ряда заболеваний.

В цепи мероприятий по борьбе за нормализацию микрофлоры желудочно-кишечного тракта, формирование биоценозов в его содержимом, в которые входили бы специально селекционированные молочнокислые бактерии, очень важно. При этом перспективно обогащение флоры не только одной монокультурой, но комплексом подобранных штаммов, обладающих высокой приспособленностью к данной среде обитания. Для размножения полезных микроорганизмов кроме молочных необходимо изыскивать и иные пищевые субстраты. Нет сомнения, что созданию в желудочно-кишечном тракте «управляемой ассоциации микроорганизмов», которая своими функциями оказывала бы разностороннее благотворное влияние на организм, принадлежит большое будущее.

Все это свидетельствует о том, что пищевые продукты (мясные, молочные и др.), содержащие молочнокислые бактерии и бифидобактерии, следует рассматривать не только как продукты питания повышенной биологической ценности, обеспечивающие организм пластическими и энергетическими веществами, но и как ценнейшие профилактические и лечебные средства.

В связи с этим представляют интерес создание и изучение консорциумов микроорганизмов способных размягчать низкосортное и жесткое сырье мясоперерабатывающей промышленности и разработка на базе полученных результатов высокоценных пищевых продуктов широкого спроса.

Консорциум микроорганизмов выбранные сотрудниками кафедры технологии хранения и переработки животноводческой продукции представляет собой стартовую культуру содержащую Lactobacillus plantarum, Bifidobacterium siccum, Staphylococcus carnosus.

Основой эффективности любой биотехнологии является знание всех закономерностей изменения свойств применяемого сырья в ходе технологического процесса. В технологии мясных продуктов наиболее значимыми параметрами являются так называемые функционально-технологические показатели: влагосвязывающая, влагоудерживающая, способности мясного сырья, его липкость (особенно в технологии колбасных изделий). При выборе оптимальных режимов ферментативной обработки следует учитывать изменение каждого из этих параметров, а, кроме того, структурно-механических показателей, основным из которых является усилие среза. Все эти показатели в определенной степени выступают гарантом успеха технологических процессов и прямо или косвенно определяют качественные характеристики готовых продуктов. Деструкция белков в значительной степени преобразует характеристики исходного сырья и поэтому для прогнозирования технологических параметров исследования биомодифицированного сырья необходимы.

Влагосвязывающая способность (ВСС) характеризует способность мясного сырья поглощать и удерживать воду в процессе посола и массирования. Такое явление происходит вследствие способности белков мяса образовывать гидратные оболочки, за счет удержания молекул воды водородными связями и электростатическими взаимодействиями. Повышению уровня ВСС способствует сам процесс посола, а именно — действие поваренной соли, кроме того, с этой же целью используются пищевые фосфаты, а также различные влагосвязывающие агенты (белковой или полисахаридной природы). Из физических факторов стоит отметить влияние уровня рН. Так как изоэлектрические точки белков мяса находятся в «кислой» области рН (5,3), повышение концентрации водородных ионов приводит к снижению ВСС.

Для проведения эксперимента сформированное сочетание бактерий использовали для обработки фарша из говяжьей мышечной ткани, фарша из говяжьей пашины и из конины.

Одной из задач, стоящей перед стартовыми культурами — модификация коллагена. По аминокислотному составу коллаген не содержит триптофана, поэтому его относят к неполноценным белкам. Находящийся в природном состоянии коллаген не растворим в воде, но набухает в ней. Медленно переваривается пепсином и почти не переваривается трипсином и панкреатическим соком. Нагрев коллагена до 60−70оС и тщательная механическая деструкция усиливает переваривающее действие пепсина.

Таким образом, коллаген сравнительно медленно усваивается организмом. Поэтому употребление в пищу продукта, содержащего более 15−20% этого неполноценного белка, не рекомендуется.

В умеренных дозах коллаген сохраняет полноценные белки в пище, поставляя организму аминокислоты в значительных количествах, содержащиеся в нем, особенно оксипролин — необходимый компонент соединительных тканей организма.

Для приготовления проб молочнокислые и бифидобактерии активировали в стерильном мясном бульоне с лактозой в стерильных условиях в термостате в течение 12 часов, после чего вносили в модельные фарши вместе с солью в объеме 1мл/100г, контрольные пробы делали также измельчали мясо и добавляли поваренную соль.

По окончании эксперимента в образцах определяли ВСС методом прессования.

В процессе традиционного посола происходит плавное нарастание ВСС, уровень которой с течением времени стабилизируется. Изучение влияния созданного консорциума микроорганизмов показало (рис. 1 а, б), что ее применение в процессе посола приводит к незначительному (3−8%) и стабильному росту ВСС в течение всего посола для всех трех видов модельных фаршей.

Так, для фарша из говяжьей пашины максимальная величина ВСС при добавлении созданного консорциума составила 78,2% против 75,1% при традиционном посоле, для фарша из конины и фарша из мышечной ткани 77,9% против 71,7% и 78,2% против 77,1% соответственно. При традиционном посоле характер зависимости можно объяснить тем, что в процессе начальной стадий гидролиза происходит образование фрагментов белковых молекул (протеиназная активность), имеющих большое количество легкодоступных заряженных групп, которые могут удерживать воду. При дальнейшем протекании гидролиза происходит накопление олигопептидов и свободных аминокислот, которые, как известно, не способны к эффективному связыванию воды. Кроме того, образующиеся аминокислоты, снижая рН среды, при дальнейшем способствуют падению ВСС.

Рисунок 1. Динамика изменения влагосвязывающей способности (ВCС) модельного фарша при посоле с использованием стартовых культур: 1 — фарш из говяжьей пашины; 2 — Фарша из конины; 3 — Фарш из мышечной ткани говядины.

Результаты, полученные при посоле с добавлением микроорганизмов, очевидно, связаны с повышенной интенсивностью действия микроорганизмов на соединительнотканные белки измельченного мясного сырья, очевидно, за счет этого происходит накопление большого количества легкодоступных заряженных групп, также молочнокислые бактерии в процессе жизнедеятельности ассимилируют образующиеся аминокислоты.

Влагоудерживающая способность (ВУС) сырья является наиболее важным показателем для мясных продуктов, подвергающихся термической обработке. Этот показатель демонстрирует способность сырья удерживать влагу в процессе нагрева, что, в первую очередь, сказывается на выходе готового продукта. Следует заметить, что механизм формирования ВУС связан с образованием гидроколлоидов типа гелей. Высокую роль при этом играет белок коллаген, который в процессе тепловой обработки превращается в желатин, способный образовывать гель. Следовательно, разрушение коллагена может негативно сказываться на уровне ВУС.

Поскольку изменение уровня ВУС существенным образом сказывается на выходе готовой продукции, в мясной промышленности большое внимание уделяется механизмам ее регулирования. Повсеместно используются влагоудерживающие добавки: крахмал, каррагинан, соевый белок и другие, позволяющие существенно увеличить ВУС исходного сырья.

Подготовку и обработку образцов проводили аналогично определению ВСС.

Исследования показали, что при традиционном посоле, происходит резкое нарастание в первые часы. Максимальные показатели ВУС достигаются после двух часов обработки для фарша из конины и мышечной ткани говядины, четырех часов — для фарша из говяжьей пашины, после чего показатели ВУС снижаются (рис. 2).

Рисунок 2 — Динамика изменения влагоудерживающей способности (ВУС) модельного фарша при посоле с использованием стартовых культур При совмещенном же посоле с микробной обработкой происходит более плавное нарастание ВУС в течение первых 4−6 часов, а в дальнейшем наблюдается небольшое снижение ВУС, причем конечные значения при комбинированном посоле для всех видов модельных фаршей значительно выше, чем при традиционном посоле без добавления консорциума микроорганизмов.

Такие результаты свидетельствуют о синергичности (взаимном усилении) действия консорциума микроорганизмов и поваренной соли в процессе посола.

Для определения ЖУС находили массу образца после определения ВУС и количественно переносили его в бюкс, после чего высушивали до постоянной массы при температуре 150С. Затем навеску массой 2,0 г помещали в фарфоровую ступку, добавляли 2,5 г прокаленного кварцевого песка и 6,0 гмонобромнафталина и тщательно растирали в течение 5 минут. По истечении времени смесь фильтровали через бумажный фильтр и в прозрачном фильтрате определяли показатель преломления. Аналогичное определение проводили для каждого образца фарша без термообработки (до определения ВУС). Далее рассчитывали ЖУС.

Представленные на (рис. 3) параметры ЖУС показали, что ЖУС модельных фаршей с добавлением консорциума микроорганизмов несколько выше, по сравнению с контрольными пробами, очевидно, это происходит за счет высоких жироудерживающих свойств соединительнотканного белка, прежде всего коллагена.

рН среды в производстве мясных продуктов также является одной из важных показателей. Так как изоэлектрические точки белков мяса находятся в «кислой» области рН (5,3), повышение концентрации водородных ионов приводит к снижению ВСС. По литературным источникам и нашим исследованиям известно, что молочнокислые и бифидобактерии за счет образования молочной кислоты снижают рН среды.

а).

Рисунок 3 — Динамика изменения жироудерживающей способности (ЖУС) модельного фарша при посоле с использованием стартовых культур: 1 — фарш из говяжьей пашины; 2 — фарш из конины; 3 — фарш из мышечной ткани говядины

Для определения рН мяса готовили водную вытяжку в соотношении 1:10, для чего навеску образца мяса массой 10 грамм тщательно измельчали, помещали в химический стакан вместимостью 100 см³ и экстрагировали дистиллированной водой в течение 30 мин при температуре окружающей среды и периодическом перемешивании стеклянной палочкой. Полученный экстракт фильтровали через складчатый фильтр и использовали для определения рН.

Величину рН растворов гидролизатов определяли потенциометрическим методом на универсальном ионометре рН-150М.

Интерпретируя полученные результаты рН, приведенные на рисунке 4, можно сказать, что рН модельных фаршей за время опыта снизились значительно, по сравнению с контролями.

влагосвязывающий мясной посол ферментированный.

Рисунок 4 — Динамика изменения (рН) среды модельного фарша при посоле с использованием стартовых культур: 1 — фарш из говяжьей пашины; 2 — фарш из конины; 3 — фарш из мышечной ткани говядины В результате распада белков и их перехода в растворенное состояние в процессе созревания и посола мясного сырья могут возникать непрочные тиксотропные структуры, образующие высокопластичные, студнеобразные массы высокой вязкости, обладающие сильными адгезионными свойствами. Этот эффект сказывается на показателе липкости. Липкость играет большую роль в процессе формования изделий и косвенно характеризует способность образовывать монолитную структуру в процессе тепловой обработки, что особенно важно для рубленых (фаршевых) мясных продуктов: колбас, ветчин и т. п. Подготовку и обработку фаршей проводили аналогично определению ВСС. Для определения липкости (адгезии) образец фарша равномерным слоем толщиной 3 мм наносили на полированную металлическую пластину и прижимали до упора сверху второй полированной металлической пластиной с выступом высотой 2 мм. Таким образом, между пластинами создавался ровный слой фарша толщиной 2 мм. На верхнюю пластину помещали груз массой 1 кг и соединяли ее с динамометром. Увеличивая силу, прикладываемую к динамометру, добивались отрыва верхней пластины от поверхности фарша. В момент отрыва фиксировали показания динамометра.

Результаты экспериментальных исследований показали, что действие микроорганизмов существенно повышает липкость всех трех видов фаршевых систем (рис. 5). В присутствии консорциума микроорганизмов рост адгезионной способности происходит несколько быстрее, при этом достигаются более высокие максимальные значения липкости (2,8−3,1 Н/см2, в зависимости от вида фарша). Полученные результаты, очевидно, связаны со снижением рН до 5,3 в ходе чего происходят набухание коллагена, гидролиз низкомолекулярных связей и активация клеточных ферментов. Увеличение продолжительности воздействия (свыше 8 часов приводило к некоторому снижению липкости), что, по-видимому, связано с образованием низкомолекулярных продуктов протеолиза, не обладающих высокой адгезионной способностью.

Рисунок 5 — Динамика изменения липкости модельных фаршей при посоле: 1 — фарш из говяжьей пашины с добавлением стартовых культур; 2 — фарш из конины с добавлением стартовых культур; 3 — фарш из мышечной ткани говядины с добавлением стартовых культур; 4 — фарш из говяжьей пашины без добавления стартовых культур; 5 — фарш из конины без добавления стартовых культур; 6 — фарш из мышечной ткани говядины без добавления стартовых культур.

Выход продукта при термической обработке — один из главных показателей, характеризующих экономичность и технологичность принятого решения. В связи с этим были проведены исследования влияния термической обработки на выход продукта.

Образцы модельных фаршей готовили аналогично определению ВСС. Подготовленные образцы выдерживали при температуре 0−4 оС. По истечении заданного времени образцы подвергались термической обработке в СВЧ-печи в течение 15 минут при мощности 100 Вт, после чего повторно взвешивались. Контролем являлись образцы, подвергнутые посолу без микробной обработки в течение 12 часов.

Полученные результаты свидетельствуют о некотором повышении выхода (рис. 6).

Рисунок 6 — Изменение относительного выхода модельных мясных продуктов после термообработки: 1 — фарш из говяжьей пашины + стартовые культуры; 2 — фарш из конины + стартовые культуры; 3 — фарш из говяжьей мышечной ткани + стартовые культуры; 4 — контроль (пашина говяжья без стартовых культуры); 5 — контроль (конина без стартовых культуры) 6 — контроль (мышечная ткань без стартовых культуры).

Анализируя полученные результаты, можно сказать, что добавление нашего комплекса молочнокислых бактерии как к пашине, так и к конине и к говяжьей мышечной ткани ведут к увеличению показателей функционально-технологических свойств таких как, ВСС, ВУС, ЖУС, выход, липкость, а также к снижению рН среды, что является немаловажным при производстве мясных и колбасных изделий.

Следует признать обработку мясного сырья молочнокислыми и бифидобактериями эффективной и экономически целесообразной, так как в процессе добавления молочнокислых и бифидобактерии сроки посола сокращаются вдвое.

Характер действия консорциума микроорганизмов позволяет рекомендовать его для применения с целью мягчения, улучшения качества сырья в технологии широкого ассортимента продуктов из мяса с различным соотношением мышечной и соединительной ткани.

Для определения переваримости использовался ферментативный метод определения биологической ценности мяса in vitro.

Основой метода является ферментативный гидролиз в условиях, при которых доступность атакуемых пептидных связей определяется не только свойствами белка, но и дополнительными факторами, связанными со структурой и химическим составом пищевого продукта.

Метод заключается в последовательном воздействии на белковые вещества исследуемого продукта системой протеиназ, состоящей из пепсина и трипсина при непрерывном перемешивании и удалении из сферы реакции продуктов гидролиза диализом. Это позволяет избежать ингибирования пищеварительных ферментов низкомолекулярными пептидами и свободными аминокислотами.

Гидролиз проводится в специальном приборе, обеспечивающем непрерывное перемешивание и диализ низкомолекулярных белков гидролиза.

При проведении опытов на переваримость были получены результаты, приведенные в таблице 1 и на рисунке 7.

Рисунок 7 — Перевариваемость ферментированных фаршей системой пищеварительных ферментов «пепсин-трипсин» (in vitro).

Таблица 1 — Результаты исследований перевариваемости in vitro.

Анализируя полученные результаты, можно сказать, что степень гидролиза белков в пробах с добавлением комплекса молочнокислых бактерии была выше, чем в пробах чистого мясного фарша без использования молочнокислых бактерии.

При добавлении нашего комплекса молочнокислых бактерии наблюдается увеличение перевариваемости исходных продуктов.

В ходе работы были изучены консорциумы микроорганизмов на функционально-технологические свойства модельных фаршей.

Введение

стартовых культур с заданным составом способствует повышению сортности мясного сырья, ускорению посола, влияет на физико-химические, структурно механические и биологическую ценность мясного сырья.